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1、RAID技术基础,主要内容,RAID的基本概念；掌握RAID0，1，3，5，6，10，50各个级别的原理和适用场合；了解校验冗余算法。RAID故障分析,目 录,RAID基本概念分区，条块，条带，镜像冗余，校验冗余，软/硬RAID，热备/热换，冗余阵列的运行状态RAID级别以下级别阵列的虚拟磁盘和各物理成员磁盘之间的数据映射关系：0, 1, 3, 5(5E, 5EE), 6(P+Q, DP), 10, 50几种RAID级别的比较RAID3 vs RAID5，RAID10 vs RAID5RAID故障分析,RAID基本概念定义,RAID:伯克利大学的Patterson等人发表论文A Case fo
2、r Redundant Arrays of Inexpensive Disks (RAID) ，描述了几种不同类型的磁盘阵列，人们将这几种磁盘阵列的关键字的头字母RAID来指代之。后来，RAB(RAID Advisory Board)又将Inexpensive改为了Independent。动因：替代SLED, 提供相同容量的同时还能够提供更高的性能。,RAID基本概念 RAID优势,容量扩展方面很容易扩展容量，不宕机在线扩展容量性能方面通过分块提高性能：将IO操作分散到各个不同的磁盘驱动器中，使主机I/O控制器能够处理更多的操作可用性方面通过镜像冗余或校验冗余，提供了在个别磁盘失效的情况下仍然
3、保持Raid的可用性的能力可靠性方面通过双电源、双控制器、双缓存、双风扇、热备热换等技术提供可靠性,RAID基本概念组织数据的方式（分区/分块/条带）,分区:又称为Extent；是一个磁盘上的地址连续的存储块。一个磁盘可以划分为多个分区，每个分区可以大小不等，有时也称为逻辑磁盘。分块:又称为Strip；将一个分区分成多个大小相等的、地址相邻的块，这些块称为分块。分块通常被认为是条带的元素。虚拟磁盘以它为单位将虚拟磁盘的地址映射到成员磁盘的地址。条带：又称为Stripe；是阵列的不同分区上的位置相关的strip的集合，是组织不同分区上条块的单位。,RAID基本概念组织数据的方式（分区/分块/条带
4、）,extent0,extent0,extent1,extent0,extent1,extent1,extent1,extent0,extent2,磁盘1,磁盘2,磁盘3,磁盘4,分区,分条,stripe,strip,RAID,RAID基本概念冗余技术（镜像冗余）,概念：磁盘镜像是一个简单的设备虚拟化技术，每个I/O操作都会在两个磁盘上执行，两个磁盘看起来就像一个磁盘一样。把写在一个磁盘上的数据另做一份拷贝（即镜像），并将其存储在另一个磁盘上。方式：硬件镜像、软件镜像读写过程：读：从所有磁盘中读，提高读性能写：两个写过程都得到响应,RAID基本概念冗余技术（镜像冗余）,IO控制器镜像,软件镜像
5、,RAID基本概念冗余技术（校验冗余）,异或运算性质1：相同为0，相异为1。设有数据A，B，则校验数据为P：如果A为1，B为0，则校验P为1: A(1)B(0)= P(1) 则有B(0)P(1)=A(1);A(1)P(1)=B(0)；如果A为0，B为0，则校验数据P为0: A(0)B(0)=P(0) 则有A(0)P(0)=B(0)，B(0)P(0)=A(0)如果A为1，B为1，则校验数据P为0: A(1)B(1)=P(0) 则有，A(1)P(0)=B(1)，B(1)P(0)=A(1) 结论：无论ABP如何取值，只要知道其中任意两个就可以知道另外一个,RAID基本概念冗余技术（校验冗余）,异或运
6、算性质2(AB)C=P (AB)CC=PCAB0=PCAB=PC (AB)P=C结论：由第1个等式和第5个等式，可看出多数据的校验同样有效写操作优化：二读二写优化前：需要读取条带中所有的条块，计算新校验，写新校验和新数据优化后：只需读取原数据块D和所在条带的校验数据P，根据P计算新的校验数据P= P xor D xor D ，最后写入新校验和新数据。这就避免读所有的磁盘的数据，提高了性能。依据： D1D2D3D4D5=P = D2D3D4D5= PD1 D1D2D3D4D5=P = D1PD1 = P (说明：D1为要写的新数据，P校验，P为新校验),RAID基本概念硬RAID和软RAID,软
7、RAIDRAID 的所有功能都依赖于主机CPU来完成，没有第三方的控制/处理（业界称其为RAID 协处理器RAID Co-Processor）与I/O芯片，效率低，性能差。 硬RAID有专门的RAID 控制/处理与I/O处理芯片，用来处理RAID任务，不需主机CPU资源，效率高，性能好。区分标准：完成RAID功能是否占用主机CPU资源,RAID基本概念 常用RAID工具,软RAIDMD:Linux下RAID工具，最新版本支持0,10,5,6一共4种RAID级 别卷管理器:Windows2003 Enterprise下的RAID工具， 支持RAID5等级别硬RAIDAAA-UDMA RAID 卡
8、 ：Adpatec公司,RAID基本概念进一步提高可靠性（热备和热换）,热备：HotSpare定义：当冗余的RAID阵列中某个磁盘失效时，在不干扰当前RAID系统的正常使用的情况下，用RAID系统中另外一个正常的备用磁盘顶替失效磁盘，及时保证RAID系统的冗余性。全局热备：备用磁盘为系统中所有的冗余RAID阵列共享局部热备：备用磁盘为系统中某一个冗余RAID阵列专用，也称专用备件热换：HotSwap定义：在不影响系统正常运转的情况下，用正常的磁盘物理替换RAID系统中失效磁盘关键在于热插拔时电子器件的保护机制,RAID基本概念热备和热换,备盘,阵列1,阵列2,磁盘故障,热换,热备切换,RAID
9、基本概念冗余阵列的运行状态（一）,建立(Create)此时的动作是将阵列的配置信息写入磁盘，并使得各个磁盘保持冗余一致性。一般是将各成员磁盘的数据区全部写零。正常（Normal）冗余阵列中所有磁盘都处于正常运行状态，此时可允许一个或多个磁盘失效。降级/临界（Degrade/Critical）冗余阵列中有一个（比如RAID5阵列）或多个（比如RAID6阵列）磁盘失效后的状态，但仍然可以向外界提供正常的读写服务，但是此时如果再有一个磁盘失效，则整个阵列则处于不可用的状态,RAID基本概念冗余阵列的运行状态（二）,重建(Recover/Rebuild)：从降级到正常之间的过渡状态，此时有一个正常的磁
10、盘顶替了失效磁盘，冗余数据正在重建。失效(Failed)：此时失效磁盘数量已经超过阵列所允许冗余的数量，整个阵列处于不可用状态,目 录,RAID基本概念分区，条块，条带，镜像冗余，校验冗余，软/硬RAID，热备/热换，冗余阵列的运行状态RAID级别以下级别阵列的虚拟磁盘和各物理成员磁盘之间的数据映射关系：0, 1, 3, 5(5E, 5EE), 6(P+Q, DP), 10, 50几种RAID级别的比较RAID3 vs RAID5，RAID10 vs RAID5、RAID故障分析,RAID级别 RAID0 （一）,RAID0 定义：Striped Disk Array without Faul
11、t Tolerance( 没有容错设计的条带磁盘阵列），以条带形式将RAID阵列的数据均匀分布在各个阵列中。RAID0 图解：,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12,D13,D14,D15,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12,D13,D14,D15,逻辑磁盘,物理磁盘0,物理磁盘1,物理磁盘2,物理磁盘3,stripe0,stripe1,stripe2,stripe3,RAID级别 RAID0 （二）,RAID0 小结：,RAID级别 RAID1 （一）,RAID 1 定义：以镜像作为冗余手段，虚拟磁
12、盘中的数据有多个拷贝，放在成员磁盘上。RAID 1 图解：,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12,D13,D14,D15,逻辑磁盘,物理磁盘0,物理磁盘1,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12,D13,D14,D15,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12,D13,D14,D15,RAID级别 RAID1 （二）,RAID1 小结：,RAID级别 RAID3 （一）,RAID3 定义：以xor校验为冗余方式，使用专门的磁盘存放校验数据，虚拟磁盘上的数据块被分为
13、更小的数据块并行传输到各个成员物理磁盘上，同时计算出xor校验数据存放到校验磁盘上。RAID3 图解:,D0,D01,D02,P0,D10,D11,D12,P1,D20,D21,D22,P2,D30,D31,D33,P3,D00,D1,D2,D3,.,逻辑磁盘,物理磁盘0,物理磁盘1,物理磁盘2,校验磁盘,RAID级别 RAID3 （二）,RAID3 小结：,RAID级别 RAID5 （一）,RAID5 定义：以XOR检验为冗余方式，校验数据均匀分布在各个数据磁盘上，对各个数据磁盘的访问为异步操作。RAID5 图解：,D0,D1,D2,P0,D3,D4,P1,D5,D6,P2,D7,D8,P3
14、,D9,D10,D11,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12,D13,D14,D15,逻辑磁盘,物理磁盘0,物理磁盘1,物理磁盘2,物理磁盘3,stripe0,stripe1,stripe2,stripe3,D12,D13,P0,D11,stripe4,xor,RAID级别 RAID5 （二）,RAID5 小结：,RAID5的变体介绍 RAID5E和RAID5EE （一）,RAID5E和RAID5EE：IBM公司提出，从标准的RAID51热备演变而来。RAID5E将备盘空间分解，然后附加到每个数据盘的后面，RAID5EE将备盘空间分解，然后均匀的分
15、布在各个数据中。RAID5E图解：,D0,D1,D2,P0,D3,D4,P1,D5,D6,P2,D7,D8,P3,D9,D10,D11,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12,D13,D14,D15,逻辑磁盘,物理磁盘0,物理磁盘1,物理磁盘2,物理磁盘3,stripe0,stripe1,stripe2,stripe3,D12,D13,P0,D11,stripe4,物理磁盘4,备盘,标准RAID5+1个备盘,RAID5E,HS,HS,HS,HS,RAID5的变体介绍 RAID5E和RAID5EE （二）,RAID5EE 定义：是RAID5阵列专用备盘的变体，将Hotspare磁盘的空间均匀分布在RAID5阵列中。RAID5EE 图解：,D0,D1,D2,P0,D3,D4,P1,D5,D6,P2,D7,D8,P3,D9,D10,D11,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12,D13,D14,
